Активное управление полетом ракеты-носителя: новый подход и рациональные пути его реализации

Abstract

С целью обеспечения безопасности эксплуатации ракеты-носителя (РН) и эффективного использования её бортовых ресурсов, рассматриваются рациональные пути формирования алгоритма активного управления (АУ) полетом на основе данных мониторинга текущего состояния (МТС) РН, обеспечивающего в возмущенном полете РН: (1) стабилизацию движения упругодеформирующейся РН и (2) устойчивую работу её двигателя. В качестве объекта управления (ОУ) для предлагаемой системы АУ полетом рассматривается: (1) упругодеформирующийся в полете корпус РН – в части управления его изгибными колебаниями и (2) гидродинамическая обстановка (ГДО) в топливных баках (ТБ) – в части управления содержанием свободных газовых включений (СГВ) в ТБ. АУ состоянием корпуса РН обеспечивается путем поддержания в заданных пределах формы гибкой осевой линии (ГОЛ) корпуса с использованием показаний ограниченного количества датчиков тензометрического типа. АУ содержанием СГВ в жидких компонентах топлива (КТ) на входе в топливные магистрали двигателя РН обеспечивается путем недопущения проникания СГВ в топливные магистрали в количествах, которые могут привести к срыву рабочего процесса насосов; при этом задача МТС параметров переменного поля давлений в КТ в ТБ решается как задача восстановления формы колебаний давления по показаниям тензометрического датчика, установленного у днища ТБ.

З метою забезпечення безпеки експлуатації ракети-носія (РН) і ефективного використовування її бортових ресурсів, розглядаються раціональні шляхи формування алгоритму активного управління (АУ) польотом на основі даних моніторингу поточного стану (МПС) РН, що забезпечує у збуреному польоті РН: (1) стабілізацію руху РН, яка пружно деформується, і (2) стійку роботу її двигуна. Як об'єкт управління (ОУ), для пропонованої системи АУ польотом розглядається: (1) корпус РН, що пружно деформується у польоті, – у частині управління його згинальними коливаннями і (2) гідродинамічна обстановка (ГДО) у паливних баках (ПБ) – у частині управління вмістом вільних газових включень (ВГВ) у ПБ. АУ станом корпусу РН забезпечується шляхом підтримки у заданих межах форми гнучкої осьової лінії (ГОЛ) корпусу з використанням показань обмеженої кількості датчиків тензометричного типу. АУ вмістом ВГВ у рідких компонентах палива (КП) на вході до паливних магістралей двигуна РН забезпечується шляхом недопущення проникання ВГВ до паливних магістралей в кількостях, які можуть призвести до зриву робочого процесу насосів; при цьому задача МПС параметрів змінного поля тиску у КП у ПБ розв'язується як задача відновлення форми коливань тиску за показаннями тензометричного датчика, встановленого біля днища ПБ.

To provide a safe operation of a launch vehicle (LV) and to use effectively its onboard service life, the rational ways for forming the algorithm for an active flight control are examined based on the LV status monitoring data. During the LV disturbed flight it results in stabilization of the motion of an elastically deforming launch vehicle and the operation of its engine. As an object of control for the proposed system of the active flight control, we consider the LV elastically deforming in-flight body (in relation to the control of its bending vibrations) and a hydraulic dynamic situation into the fuel tanks (in relation to the control of the free gas inclusions into the fuel tanks). The active control of the LV body status is achieved by sustaining the form of a flexible centerline of the body in the predicted limits by using readings of a limiting number of strain-gauge transducers. The active control of the free gas inclusions in liquid-propellant components at inlet of fuel lines of the LV engine is realized excluding the penetration of the free gas inclusions into fuel lines to the extent that may result in a disturbance of the normal operation of pumps. Thus, the problem of status monitoring the parameters of a variable field of pressures through propellant components in fuel tanks is solved as a problem of recovery of pressure fluctuations modes by using readings of the strain-gauge transducer mounted at the fuel tank bottom.